Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Excimerlaserstrahlbiegen dünner metalliescher Folien mit homogener Lichtlinie



Datum: 15.04.2003


Autor


Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr.h.c. M. Geiger
  • Prof. Dr.-Ing. K. Feldmann

Das Umformen mittels thermisch induzierter Spannungen hat, ausgehend vom Flammrichten im Schiffsbau, durch den Einsatz der Lasertechnologie auch Einzug in die Mikrotechnik gehalten. Um Biegungen zu realisieren, macht man vom Temperaturgradienten- Mechanismus (TGM) Gebrauch. Die dabei mittels Laser zunächst induzierten thermischen Druckspannungen lassen sich so auf oberflächennahe Bauteilbereiche begrenzen und können hier ? bei gleichzeitiger, vorübergehender Reduktion der Festigkeit durch die Erwärmung ? eine plastische Deformation unter Druck bewirken. Als Folge der Kontraktion während des Abkühlens, entstehen an der bestrahlten Oberfläche Zugeigenspannungen, die zu einer bleibenden Gestaltänderung führen. Der TGM erlaubt so eine inkrementelle Umformung des Bauteiles. Der Excimerlaser ist eine geeignete Strahlquelle für das berührungslose Biegen dünnster metallischer Folien (typischer Weise der Dicke 10 µm bis 100 µm). Beim Biegen mit hoher Laserstrahlenergie kann es neben dem reinen thermisch induzierten Biegen zum Schmelzen und zur Ablation an der bestrahlten Oberfläche kommen. Die Erhöhung der Energiedichte des Excimerlasers führt daher nicht zwangsläufig zu größeren Biegewinkeln. Die Arbeit beleuchtet umfassend das Excimerlaserstrahlbiegen mit homogener Lichtlinie, diskutiert verschiedene analytische Prozessmodelle und beschreibt die auftretenden Phänomene beim Biegen mittels Energiedichten oberhalb der Abtragsschwelle in einem neu entwickelten qualitativen Modell. Die analytischen Modelle sind in Verbindung mit der erarbeiteten Wissensbasis wertvolle Hilfsmittel zur Prozessauslegung des Excimerlaserstrahlbiegens.